(57)【要約】【課題】高濃度のオゾンを発生させ、小型化、低電圧化、汎用化の可能なオゾン発生装置を提供する。【解決手段】第１電極と第２電極が空隙を介して対向して配設され、前記第１電極または第2電極の双方または一方の対向面が薄い誘電体で覆われ、前記第1電極と前記第２電極の間に空気または酸素ガスを導入し、両電極の間に交流電圧を印加して放電を生じさせ、高濃度のオゾンを発生させるようにしたオゾン発生方法又は装置において、前記誘電体として、比誘電率が200から1000であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極が空隙を介して対向して配設され、前記第１電極または第2電極の双方または一方の対向面が薄い誘電体で覆われ、前記第1電極と前記第２電極の間に空気または酸素ガスを導入し、両電極の間に交流電圧を印加して放電を生じさせ、高濃度のオゾンを発生させるようにしたオゾン発生方法において、前記誘電体として、比誘電率が200から1000であることを特徴とするオゾン発生方法。
【請求項２】
前記放電が主としてバリア放電である請求項1に記載のオゾン発生方法。
【請求項３】
前記第1電極と第2電極が円板状または円筒状で成る請求項1〜2に記載のオゾン発生方法。
【請求項４】
前記第1電極と第2電極が0.5〜10ミリの空隙を介して対向して配設された請求項１〜3に記載のオゾン発生方法
【請求項５】
前記誘電体としてチタン酸ストロンチウムを用いることを特徴とする前記請求項１〜4に記載のオゾン発生方法。
【請求項６】
第１電極と第２電極が空隙を介して対向して配設され、前記第１電極の対向面が比誘電率が200から1000である薄い誘電体で覆われ、前記第1電極と前記第２電極の間に空気または酸素ガスを導入し、両電極の間に交流電圧を印加して放電を生じさせ、高濃度のオゾンを発生させるようにしたオゾン発生装置。
【請求項７】
前記放電が主としてバリア放電である請求項6に記載のオゾン発生装置。
【請求項８】
前記第1電極と第2電極が円板状または円筒状で成る請求項6〜7に記載のオゾン発生装置。
【請求項９】
前記第1電極と第2電極が0.5〜10ミリの空隙を介して対向して配設された請求項6〜8に記載のオゾン発生装置。
【請求項１０】
前記誘電体としてチタン酸ストロンチウムを用いることを特徴とする請求項6〜9に記載のオゾン発生装置。
【請求項１１】
第１電極と第２電極が空隙を介して対向して配設され、前記第１電極の対向面が比誘電率が200から1000である薄い誘電体で覆われ、前記第1電極と前記第２電極の間に空気または酸素ガスを導入し、両電極の間に交流電圧を印加して放電を生じさせ、高濃度のオゾンを発生させるようにした電極対を複数個備え、前記空気または酸素ガスを前記複数の電極対に順次通過させオゾン濃度を順次増大させることを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項１２】
前記複数の電極対を縦方向または横方向に順次配設することを特徴とする請求項11に記載のオゾン発生装置。
【請求項１３】
前記複数の電極対を縦方向に順次配設するとき、各電極対を構成する第1電極または第2電極が隣接する電極対の第2電極または第1電極として共用することを特徴とする請求項11に記載のオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料水の殺菌、空気清浄器、脱臭装置等に使用されるオゾン発生装置に係り、特に容易に高濃度のオゾンを発生させることが可能で、小型化、低電圧化、汎用化が可能なオゾン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾン発生装置として種々のものが考案され実用化されているが、その一種にバリア放電式オゾナイザが知られている。バリア放電式オゾナイザは2つの電極が数ミリの空隙を介し対向して配設され、電極の一方または双方を誘電体で覆った構造で、空隙に酸素ガス又は空気を流入させ、10〜20kV、50〜2kHz程度の交流電圧を印加して空隙にバリア放電を発生させ、プラズマ状態とし、電子衝突によってオゾンを発生させるものである。
【特許文献１】特開平１１−６０２０７号公報
【特許文献１】特開平１１−２１１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
オゾンの殺菌力、酸化力は塩素よりはるかに強く、しかも、過剰のオゾンは酸素に戻るため二次公害を招く恐れがなく、オゾンは環境に優しい、新時代の殺菌剤、酸化剤として今あらためて注目されている。そこで近年、オゾンを用いて飲料水の殺菌、空気清浄、脱臭等が行われるようになってきた。
【０００４】
しかし、上述したオゾン発生装置は装置全体が大型化し一般の人々が容易に実施することができないという問題があった。本発明は、上述の問題を解決しようとしてなされたものであり、高濃度のオゾンを発生させることができ、小型化、低電圧化、汎用化の可能なオゾン発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１電極と第２電極が空隙を介して対向して配設され、前記第１電極または第2電極の双方または一方の対向面が薄い誘電体で覆われ、前記第1電極と前記第２電極の間に空気または酸素ガスを導入し、両電極の間に交流電圧を印加して放電を生じさせ、高濃度のオゾンを発生させるようにしたオゾン発生方法又は装置において、前記誘電体として、比誘電率が200から1000であることを特徴とする。
また本発明は、放電が主としてバリア放電であり、前記第1電極と第2電極を円板状または円筒状として、それらを0.5〜10ミリの空隙を介して対向して配設し、誘電体としてチタン酸ストロンチウムを用いるオゾン発生方法又は装置であることを特徴とする。
また本発明は、第１電極と第２電極が空隙を介して対向して配設され、前記第１電極の対向面が比誘電率が200から1000である薄い誘電体で覆われ、前記第1電極と前記第２電極の間に空気または酸素ガスを導入し、両電極の間に交流電圧を印加して放電を生じさせ、高濃度のオゾンを発生させるようにしたオゾン発生装置において、高濃度のオゾンを発生させるようにした電極対を複数個備え、これら複数個の電極を縦方向または横方向に順次配設することを特徴とし、
また、複数の電極対を縦方向に順次配設するとき、各電極対を構成する第1電極または第2電極が隣接する電極対の第2電極または第1電極として共用することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、比較的低電圧の小電力で容易に高濃度のオゾンを発生させることが可能となり、小型化、汎用化が可能となり、移動型，携帯型等のオゾン発生装置を得ることができる。また、従来の据え置き型、大容量型のオゾン発生装置についても、サイズがきわめて大きいため、設置に困難を生じるという問題があったが、本発明を用いることにより、据え置き型、大容量型のオゾナイザーについても、その小型化を図ることができ、これにより従来の問題を解決することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に実施例を示す。
【実施例１】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明によるオゾン発生装置の基本部分の実施の形態を示す図である。図1において、１は直径4cmの円板状のステンレス鋼でなる第1電極、2は直径5cmの円板状のステンレス鋼でなる第2電極、3は厚さtが１mmで直径5cmの円板状でなるSrTiO4などの比誘電率が200〜1000の誘電体、４は第2電極2の円板の中央に酸素ガスまたは空気5を導入する気体導入口である。誘電体3はエポキシ系の接着剤で第1電極１の対向面を覆うように接合され、この第1電極１の表面に接合された誘電体3の表面と第2電極2の対向面との空隙gが1mmとなるように電極間隔が設定される。誘電体と第1電極との接合形態については、前記の他に、誘電体表面にステンレス以外の電極材料を蒸着、スパッタ、メッキ等の手段で付着する形態でも良い。また、誘電体と第1電極との接合強度を高めるために、誘電体と第1電極との間に、第1電極への接着性が良い別の誘電体を介在させても良い。
【０００９】
上記構成において、第1電極1と第2電極2との間に交流電圧を印加して放電を生じさせ、第1電極1と第2電極2との間に酸素ガス又は空気を流入させるとオゾンが発生する。放電は主としてバリア放電である。また、第1電極と第2電極を円板状とすることにより端効果（電界集中）をなくし、第1電極の径を誘電体の径より小さくしてバリア放電からアーク放電へ移行する電圧を高くし最大バリア放電電圧を高くし、第2電極の中央から酸素ガス又は空気を導入して放電空間を均一に流れるようにし、導入した酸素ガス又は空気を放電空間内で効率的にオゾン生成させるために、オゾナイザの空間体積と放電空間体積が同じ大きさになるように構成し、これにより高濃度のオゾンの発生を可能にしている。
【００１０】
図2は、誘電率の異なる種々の誘電体を用い、第1電極1と第2電極2の間に商用周波数60Hzの交流電圧を印加して放電を発生させ、印加電圧Vを変化させたときのオゾン生成量を示した図であり、縦軸は単位時間（１分間）当たりのオゾン生成量（マイクロg/min）、横軸は交流印加電圧（kV）を示している。単位時間のオゾン生成量（マイクロg/min）は、オゾン濃度（g/m3）と酸素ガス流量（m3/min）の積から算出している。また、誘電体3の材質として、パイレックス（登録商標）ガラス（glass，εr＝7.5）、アルミナ（Al2O3，εr＝8.5）、酸化マグネシウム（MgO，εr＝30）、酸化チタン（TiO2, εr＝86)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3，εr＝332)、チタン酸バリウム(BaTiO3，εr＝2900)等について実験を行った。（εrは比誘電率を示す）
【００１１】
図2に示すように、印加電圧を上昇させていくとある電圧以上でバリア放電が発生し、更に印加電圧を上げていくとバリア放電からアーク放電へ移行する。オゾンの生成はバリア放電の領域で行われるのでアーク放電に移行する直前の印加電圧のときにオゾン生成量が最大値となる。バリア放電からアーク放電への移行電圧は、アルミナ（Al2O3）が5kV、パイレックス(登録商標)ガラス（glass）が4.5kV、酸化マグネシウム（MgO）が3.5kV、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3) が2.5kV、チタン酸バリウム（BaTiO4）が1.5kV程度である。これは、誘電体3の誘電率が高くなるにつれて放電電極間での電界が強くなるため、より低い電圧でアーク放電に移行するためと考えられる。
【００１２】
図2から、酸化チタン（TiO2）、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、チタン酸バリウム(BaTiO3)のグループが比較的低い印加電圧の領域（1kV〜2kV）でバリア放電を発生し、パイレックス（登録商標）ガラス（glass）、アルミナ（Al2O3）、酸化マグネシウム（MgO）のグループは比較的高い印加電圧の領域（2.5kV〜4.5kV）でバリア放電を発生していることが明らかとなった。比較的低い印加電圧の領域（1kV〜2kV）でバリア放電を発生するグループでは、最も低い電圧でオゾン生成量が増加し始めるのはチタン酸バリウム（BaTiO4、εr＝2900）であり、その次に低い電圧でオゾン生成量が増加し始めるのはチタン酸ストロンチウム(SrTiO3，εr＝332)、その次が酸化チタン（TiO2, εr＝86）である。このように、εrが大きい誘電体ほどオゾン生成量が低い電圧で増加し始める。しかしながら、チタン酸バリウム（BaTiO4、εr＝2900）は最も低い電圧でオゾン生成量が増加し始めるものの、すぐにバリア放電からアーク放電に移行してしまう（図2参照）。このために最大オゾン生成量は低い値に止まってしまっている。一方チタン酸ストロンチウム(SrTiO3，εr＝332)は、チタン酸バリウムの次に低い電圧でオゾン生成量が増加し始めるが、バリア放電からアーク放電への移行がチタン酸バリウムよりは高い電圧で行われるので、チタン酸バリウムよりはるかに高いオゾン生成量が得られる。次に酸化チタン（TiO2, εr＝86）は、より高い電圧でオゾン生成量の増加が始まるので、比較的低い印加電圧の領域（1kV〜2kV）ではオゾン生成量は低い値に止まる。
【００１３】
図3は、図2の実験結果に基づいて、比較的低い領域の電圧（1.4kV）を印加したときのオゾン生成量（マイクロg/min）と比誘電率（εr）との関係を示した図であり、縦軸は単位時間（１分間）当たりのオゾン生成量（マイクロg/min）、横軸は誘電体の比誘電率（εr）を示し、各誘電体3の材質（パイレックス（登録商標）ガラス（glass）、アルミナ（Al2O3）、酸化マグネシウム（MgO）、酸化チタン（TiO2)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、チタン酸バリウム(BaTiO3)）をそれぞれの該当する位置に配置して示している。
【００１４】
図3から、誘電体3の比誘電率εrが大きくなるに従ってオゾン成生量が増加し、ある比誘電率を境にして逆にオゾン成生量が減少する現象が判明した。実験で用いた誘電体3のサンプル数が少ないが図1の点線はサンプルのデータを基にしておおよその推定曲線を描いたものである。この実験結果（推定曲線）から、比較的低い領域の印加電圧で大量のオゾン（80（マイクロg/min）以上）を発生させるためには誘電体3の比誘電率を200〜1000の範囲で実施するのが好ましいことが判明した。なお、放電にはバリア放電の他に沿面放電、グロー放電が含まれる。
【実施例２】
【００１５】
図4は本発明の実施例２を示したもので、オゾンを発生させる複数の電極対（1）〜（N）を縦方向に設け、酸素ガス導入口24から導入された酸素ガスが複数の電極対（1）〜（N）を順次通過する度にオゾン濃度が凝縮されオゾン排出口25から高濃度のオゾンを排出する縦方向カスケード構造にしたものである。この実施例によれば高濃度のオゾンを大量に発生させることが可能となる。
【実施例３】
【００１６】
図5は本発明の実施例３を示したもので、オゾン発生させる複数の電極対（1）〜（N）を横方向に設け、酸素ガス導入口24から導入された酸素ガスが複数の電極対（1）〜（N）を順次通過する度にオゾン濃度が凝縮されオゾン排出口25から高濃度のオゾンを排出する横方向カスケード構造にしたものである。この実施例によれば高濃度のオゾンを大量に発生させることが可能となる。
【００１７】
図4、図5の実施例に示した複数の電極対（1）〜（N）はそれぞれ金属電極21、誘電体22、誘電体23で構成され、各電極対（1）〜（N）を構成する一方の金属電極21のみを誘電体22と23で覆う例で示している。また、誘電体22は比誘電率が8〜30程度の材料（ガラス等）を使用し、誘電体23には比誘電率が200〜1000の範囲の材料（チタン酸ストロンチウム等）を使用し、誘電体23は多数の小片として誘電体22の中に埋め込まれ表面が面一になるように構成される。このように電極対を構成することにより、多数の小片として埋め込まれた誘電体23の部分で確実にバリア放電を行わせることが可能となり、結果として電極対の全表面で一様なバリア放電を行わせることが可能となり、効率良くオゾンを発生させることが可能となる。
【００１８】
図4の実施例を用いる場合、各電極対（1）〜（N）を構成する一方の電極を隣接する電極対の一方の電極で共用することが出来る。すなわち、電極対（1）を構成する上方の電極を電極対（2）を構成する下方の電極として共用することが出来る。これにより、小型化に寄与することが出来る。
なお、図4の実施例では、酸素ガスが、電極の中央から上方へ通過する電極対と、側面の一部を上方へ通過する電極対が交互に配置された例で示したが、酸素ガスが、左右の側面の一部を交互に上方へ通過する構成とし、電極の形状をすべて同じにすることも出来る。
また、以上の説明では酸素ガスを用いてオゾンを発生させる例で示したが、酸素ガスの代わりに空気を用いてオゾンを発生させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるオゾン発生装置の基本構成図。
【図２】印加電圧とオゾン生成量の関係を示す特性図。
【図３】本発明の特徴を説明するための図。
【図４】本発明によるオゾン発生装置の第２実施例図。
【図５】本発明によるオゾン発生装置の第３実施例図。
【符号の説明】
【００２０】
１ 第1電極
２ 第2電極
３ 誘電体（チタン酸ストロンチウム）
４ 気体導入口
５ 空気または酸素
21 金属電極
22 誘電体1
23 誘電体2
24 酸素ガス導入口
25 オゾン排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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